Methodische Untersuchung und ganzheitliche Potentialbewertung zukünftiger Antriebssysteme zur CO2-Neutralität im Rennsport

Lea Schwarz untersucht die lebenszyklusbezogene Nachhaltigkeit des Motorsports und insbesondere der Antriebstechnik mit Fokus auf dem Langstreckenrennsport. Die identifizierten, geeigneten Technologien werden hierfür (umwelt-)technischen Analysen unterzogen. Hierzu gehören verbrennungsmotorische Hybridkonzepte mit flüssigen und gasförmigen Kraftstoffen, der batterieelektrische Antrieb und das Brennstoffzellen-Konzept. Die technische Untersuchung beinhaltet die Konzeptauslegung mit anschließendem Vergleich der Rundenzeitperformance. Die ökologische Bewertung erfolgt mit einer ganzheitlichen, lebenszyklusorientierten Umweltbilanzierung, die sowohl die Treibhausgasemissionen als auch weitere ökologische und soziale Umweltauswirkungen berücksichtigt. Ein Übertrag der ökologischen Analysen auf weitere Rennserien stützt die Definition von Nachhaltigkeitskriterien zur Integration in ein Reglement.​**Die Autorin:** **Lea Schwarz** promovierte am Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen (IVK) der Universität Stuttgart in enger Kooperation mit der Motorsport-Antriebsentwicklung eines deutschen Automobilherstellers. Heute ist sie dort im Bereich der Antriebsstrategie tätig. Vorwort 6 Inhaltsverzeichnis 7 Abbildungsverzeichnis 10 Tabellenverzeichnis 14 Abkürzungsverzeichnis 17 Symbolverzeichnis 19 Griechische Buchstaben 19 Indizes 19 Lateinische Buchstaben 20 Zusammenfassung 22 Abstract 23 1 Einleitung 24 2 Technische Betrachtung 28 2.1 Vorauswahl von Energieträgern und Antriebssystemen 28 2.1.1 Methodik zur Vorauswahl 28 2.1.2 Vorauswahl der Antriebssysteme 30 2.1.3 Vorauswahl der Energieträger 33 2.2 Eigenschaften flüssiger und gasförmiger Kraftstoffe 36 2.2.1 Kraftstoffe für Ottobrennverfahren 42 2.2.2 Kraftstoffe für Dieselbrennverfahren 44 2.3 Einflussfaktoren auf Gesamtfahrzeugebene 45 2.4 Grundlagen, Konzeptionierung und Auslegung der Antriebskonzepte 48 2.4.1 Elektrisches System für hybride und elektrische Langstreckenrennfahrzeuge 50 2.4.2 Hybridkonzept mit Verbrennungsmotor und flüssigem Kraftstoff 60 2.4.3 Hybridkonzept mit Verbrennungsmotor und gasförmigem Kraftstoff 63 2.4.4 Brennstoffzellenkonzept 70 2.4.5 Batterieelektrisches Konzept 107 2.5 Methodik zur technischen Bewertung 109 2.6 Technische Bewertung der Antriebskonzepte 112 3 Ökologische Betrachtung 115 3.1 Grundlagen der Umweltbilanzierung 115 3.1.1 Definition Nachhaltigkeit und Systemgrenzen 115 3.1.2 Ganzheitliche Bewertung der Nachhaltigkeit 119 3.1.3 Schadstoffe und Umweltauswirkungen 124 3.2 Methodik, Ziel und Untersuchungsrahmen 128 3.2.1 Antriebe 132 3.2.2 Energieträger 134 3.2.3 Gesamtkonzepte 136 3.3 Sachbilanz, Wirkungsabschätzung und Auswertung 137 3.3.1 Antriebe 137 3.3.2 Energieträger 145 3.3.3 Gesamtkonzepte 152 4 Ganzheitliche Bewertung nachhaltiger Konzepte für den Motorsport 155 4.1 Ganzheitlichen Bewertung von Motorsportantrieben 155 4.2 Übertrag auf weitere Rennformate und Rennserien 157 4.3 Nachhaltige Gestaltung des Motorsports 166 5 Schlussfolgerung und Ausblick 169 Literaturverzeichnis 172 Anhang 211 A1. Methodische Schritte zur Vorauswahl 211 A2. Brennstoffzellentypen 220 A3. Berechnungen zur Brennstoffzelle 222 A4. Variation der Einflussfaktoren auf die Kühlleistung 225 A5. Ökobilanz-Methoden und Wirkungskategorien 227 A6. Sachbilanzdaten Antriebe 232 A7. Informationen zur Ökobilanz diverser Energieträger 234 A8. Laufleistung und Energieverbrauch FIA WEC 248 A9. Daten zum Transfer auf weitere Rennserien 250 Lea Schwarz untersucht die lebenszyklusbezogene Nachhaltigkeit des Motorsports und insbesondere der Antriebstechnik mit Fokus auf dem Langstreckenrennsport. Die identifizierten, geeigneten Technologien werden hierfür (umwelt- )technischen Analysen unterzogen. Hierzu gehören verbrennungsmotorische Hybridkonzepte mit flüssigen und gasförmigen Kraftstoffen, der batterieelektrische Antrieb und das Brennstoffzellen-Konzept. Die technische Untersuchung beinhaltet die Konzeptauslegung mit anschließendem Vergleich der Rundenzeitperformance. Die ökologische Bewertung erfolgt mit einer ganzheitlichen, lebenszyklusorientierten Umweltbilanzierung, die sowohl die Treibhausgasemissionen als auch weitere ökologische und soziale Umweltauswirkungen berücksichtigt. Ein Übertrag der ökologischen Analysen auf weitere Rennserien stützt die Definition von Nachhaltigkeitskriterien zur Integration in ein Reglement. Der Inhalt Technische und ökologische Betrachtung Ganzheitliche Bewertung nachhaltiger Konzepte für den Motorsport Die Zielgruppen Dozierende und Studierende aus den Fachbereichen Fahrzeug- und Antriebstechnik, Nachhaltigkeit und Motorsport Ingenieure und Naturwissenschaftler in Forschung und Entwicklung aus diesen Bereichen und dem technischen Umweltschutz Die Autorin Lea Schwarz promovierte am Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen (IVK) der Universität Stuttgart in enger Kooperation mit der Motorsport-Antriebsentwicklung eines deutschen Automobilherstellers. Heute ist sie dort im Bereich der Antriebsstrategie tätig Front Matter ....Pages I-XXVII Einleitung (Lea Schwarz)....Pages 1-4 Technische Betrachtung (Lea Schwarz)....Pages 5-91 Ökologische Betrachtung (Lea Schwarz)....Pages 93-132 Ganzheitliche Bewertung nachhaltiger Konzepte für den Motorsport (Lea Schwarz)....Pages 133-146 Schlussfolgerung und Ausblick (Lea Schwarz)....Pages 147-149 Back Matter ....Pages 151-237